C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)-第1章--概述

1、 程序設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)第1章 概述1.1 計(jì)算機(jī)的工作機(jī)制1.2 程序與程序設(shè)計(jì)1.3 算法與算法描述1.4 C語(yǔ)言 2022/7/2321.1 計(jì)算機(jī)的工作機(jī)制 1.1.1 硬件結(jié)構(gòu) 1.1.2 軟件系統(tǒng)1.1 計(jì)算機(jī)的工作機(jī)制1.1.1 硬件結(jié)構(gòu)馮諾依曼計(jì)算機(jī)的硬件構(gòu)成：控制器負(fù)責(zé)從內(nèi)存中取指令并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào)以引起其他部件的動(dòng)作。運(yùn)算器執(zhí)行運(yùn)算指令所規(guī)定的運(yùn)算。寄存器主要用于記錄下一條指令的內(nèi)存地址、當(dāng)前指令的執(zhí)行狀態(tài)以及暫時(shí)保存指令的計(jì)算結(jié)果。內(nèi)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存）用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序。外部設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)）提供了計(jì)算機(jī)與外界的接口，主要用于計(jì)算機(jī)的輸入/輸出以及為計(jì)算機(jī)提供大容量的信息存

2、儲(chǔ)(簡(jiǎn)稱外存)。1.1.2 軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序以及相關(guān)文檔。程序是對(duì)計(jì)算任務(wù)的處理對(duì)象（數(shù)據(jù)）與處理規(guī)則（算法）的描述；文檔是為了便于人理解程序所需要的資料說明，供程序開發(fā)與維護(hù)使用。軟件系統(tǒng)可以分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。1.2 程序與程序設(shè)計(jì) 1.2.1 程序設(shè)計(jì)范型 1.2.2 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 1.2.3 程序設(shè)計(jì)步驟1.2 程序和程序設(shè)計(jì)程序：一組計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令只要讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行這個(gè)程序，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)地、有條不紊地進(jìn)行工作計(jì)算機(jī)的一切操作都是由程序控制的，離開程序，計(jì)算機(jī)將一事無成計(jì)算機(jī)程序具有如下性質(zhì)：（1）目的性：程序有明確的目的，在運(yùn)行時(shí)能正確完

3、成賦予它的功能。（2）分步性：程序?yàn)橥瓿善鋸?fù)雜的功能，由一系列計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的步驟組成。（3）有限性：程序中所包含的步驟是有限的。（4）有序性：程序的執(zhí)行步驟是有序的，不能隨意改變這些步驟的執(zhí)行順序。（5）操作性：程序是對(duì)某些對(duì)象的操作，完成其有意義的功能。1.2.1 程序設(shè)計(jì)范型程序設(shè)計(jì)范型是計(jì)算機(jī)編程中的基本風(fēng)格和典范模式，是編程者在其所創(chuàng)造的虛擬世界中自覺不自覺采用的世界觀和方法論。典型的程序設(shè)計(jì)范型有過程式（面向過程）、對(duì)象式（面向?qū)ο螅⒑瘮?shù)式以及邏輯式等。1.2.1 程序設(shè)計(jì)范型1過程式 過程式程序設(shè)計(jì)是一種以功能為中心、基于功能分解的程序設(shè)計(jì)范型。一個(gè)過程式程序由一些子程序構(gòu)成，每

4、個(gè)子程序?qū)?yīng)一個(gè)子功能，它實(shí)現(xiàn)了功能抽象。子程序描述了一系列的操作，它是操作的封裝體。 Nicklaus Wirth提出了如下的經(jīng)典公式，刻畫了過程式程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)特征。 程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法1.2.1 程序設(shè)計(jì)范型2對(duì)象式 對(duì)象式程序設(shè)計(jì)是一種以數(shù)據(jù)為中心、基于數(shù)據(jù)抽象的程序設(shè)計(jì)范型。對(duì)象式程序設(shè)計(jì)通常稱為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。一個(gè)面向?qū)ο蟮某绦蛴梢恍?duì)象構(gòu)成，對(duì)象是由一些數(shù)據(jù)及可施加于這些數(shù)據(jù)上的操作所構(gòu)成的封裝體。 面向?qū)ο蟪绦蚩珊?jiǎn)單地表示成下面的公式： 程序=對(duì)象/類+對(duì)象/類+ 對(duì)象/類=數(shù)據(jù)+操作1.2.1 程序設(shè)計(jì)范型3函數(shù)式與邏輯式 函數(shù)式程序設(shè)計(jì)是圍繞函數(shù)及函數(shù)應(yīng)用來進(jìn)行的，它基

5、于遞歸函數(shù)理論和演算(演算即一套用于研究函數(shù)定義、函數(shù)應(yīng)用和遞歸的形式系統(tǒng))，其中，函數(shù)也被作為值來看待。 邏輯式程序設(shè)計(jì)是把程序組織成一組事實(shí)和一組推理規(guī)則，它基于的是謂詞演算。1.2.2 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一個(gè)能完整、準(zhǔn)確和規(guī)則地表達(dá)人們的意圖，并用以指揮或控制計(jì)算機(jī)工作的“符號(hào)系統(tǒng)”。簡(jiǎn)單地說：人和計(jì)算機(jī)交流信息的、計(jì)算機(jī)和人都能識(shí)別的語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言發(fā)展階段：機(jī)器語(yǔ)言（由0和1組成的指令）匯編語(yǔ)言（用英文字母和數(shù)字表示指令）高級(jí)語(yǔ)言（接近于人的自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言）面向過程的語(yǔ)言 （非結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言）面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言程序翻譯的方式 ：編譯方式 事先編好的一個(gè)稱為“

6、編譯程序”的程序，將其放在計(jì)算機(jī)中。當(dāng)高級(jí)語(yǔ)言源程序輸入到計(jì)算機(jī)中時(shí)，編譯程序便把源程序整個(gè)翻譯成機(jī)器指令表示的目標(biāo)程序。然后執(zhí)行該目標(biāo)程序，得到計(jì)算結(jié)果。解釋方式 事先編好的一個(gè)稱為“解釋程序”的程序，將其放在計(jì)算機(jī)中。當(dāng)高級(jí)語(yǔ)言源程序輸入到計(jì)算機(jī)中時(shí)，解釋程序?qū)⒃闯绦虻拿恳粭l語(yǔ)句逐句翻譯，逐句執(zhí)行，即邊解釋邊執(zhí)行。1.2.3 程序設(shè)計(jì)步驟(1)問題分析(2)設(shè)計(jì)算法(3)編寫程序(4)對(duì)源程序進(jìn)行編輯、編譯和連接(5)運(yùn)行程序，分析結(jié)果(6)編寫程序文檔(1)問題分析對(duì)于接手的任務(wù)要進(jìn)行認(rèn)真的分析研究所給定的條件分析最后應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)找出解決問題的規(guī)律選擇解題的方法(1)問題分析(2)設(shè)計(jì)算

7、法設(shè)計(jì)出解題的方法和具體步驟(1)問題分析(2)設(shè)計(jì)算法(3)編寫程序(4)對(duì)源程序進(jìn)行編輯、編譯和連接(5)運(yùn)行程序，分析結(jié)果結(jié)果錯(cuò)了，程序肯定錯(cuò)結(jié)果對(duì)了，程序未必對(duì)1.3 算法與算法描述 1.3.1 算法概念 1.3.2 算法描述 1.3.3 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想一個(gè)程序主要包括以下兩方面的信息：(1) 對(duì)數(shù)據(jù)的描述。在程序中要指定用到哪些數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的組織形式這就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(data structure)(2) 對(duì)操作的描述。即要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作的步驟也就是算法(algorithm)1.3 算法與算法描述數(shù)據(jù)是操作的對(duì)象操作的目的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，以得到期望的結(jié)果著名計(jì)

8、算機(jī)科學(xué)家沃思(Nikiklaus Wirth)提出一個(gè)公式： 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) = 程序一個(gè)程序除了算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這主要要素外，還應(yīng)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并且用某一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表示算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)方法和語(yǔ)言工具是一個(gè)程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備的知識(shí)算法是解決“做什么”和“怎么做”的問題程序中的操作語(yǔ)句，是算法的體現(xiàn)不了解算法就談不上程序設(shè)計(jì)1.3.1 算法概念廣義地說，為解決一個(gè)問題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”對(duì)同一個(gè)問題，可以有不同的解題方法和步驟為了有效地進(jìn)行解題，不僅需要保證算法正確，還要考慮算法的質(zhì)量，選擇合適的算法計(jì)算機(jī)算法可分為兩大類別：數(shù)值運(yùn)算算法非數(shù)值

9、運(yùn)算算法數(shù)值運(yùn)算的目的是求數(shù)值解非數(shù)值運(yùn)算包括的面十分廣泛，最常見的是用于事務(wù)管理領(lǐng)域一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：(1) 有窮性。一個(gè)算法應(yīng)包含有限的操作步驟，而不能是無限的。(2) 確定性。算法中的每一個(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)是確定的，而不應(yīng)當(dāng)是含糊的、模棱兩可的。一個(gè)有效算法應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：(3) 有零個(gè)或多個(gè)輸入。所謂輸入是指在執(zhí)行算法時(shí)需要從外界取得必要的信息。(4) 有一個(gè)或多個(gè)輸出。算法的目的是為了求解，“解” 就是輸出。沒有輸出的算法是沒有意義的。(5) 有效性。算法中的每一個(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)能有效地執(zhí)行，并得到確定的結(jié)果。1.3.2 算法描述常用的方法有：自然語(yǔ)言流程圖N-S圖偽代碼1. 自

10、然語(yǔ)言用自然語(yǔ)言表示通俗易懂，但文字冗長(zhǎng)，容易出現(xiàn)歧義性用自然語(yǔ)言描述包含分支和循環(huán)的算法，不很方便除了很簡(jiǎn)單的問題外，一般不用自然語(yǔ)言 2. 流程圖（1）標(biāo)準(zhǔn)圖符流程圖描述的三種基本結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)AB流程圖描述的三種基本結(jié)構(gòu) 選擇結(jié)構(gòu)ABYpNAYpN流程圖描述的三種基本結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)AYp1NYx51t輸出t2it*iti+1i4. 偽代碼偽代碼是用介于自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之間的文字和符號(hào)來描述算法用偽代碼寫算法并無固定的、嚴(yán)格的語(yǔ)法規(guī)則，可以用英文，也可以中英文混用例如 求5! 的算法用為代碼表示為：begin (算法開始) 1 t 2 i while i5 t*i t i

11、+1 i print tend (算法結(jié)束)1.3.3 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范化，提倡清晰的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的基本思路是：把一個(gè)復(fù)雜問題的求解過程分階段進(jìn)行，每個(gè)階段處理的問題都控制在人們?nèi)菀桌斫夂吞幚淼姆秶鷥?nèi)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想 （1）結(jié)構(gòu)化編碼 （2）結(jié)構(gòu)化程序的特點(diǎn) （3）結(jié)構(gòu)化程序的分析方法 （4）模塊化設(shè)計(jì) 采取以下方法保證得到結(jié)構(gòu)化的程序：（1） 自頂向下；（2） 逐步細(xì)化；（3） 模塊化設(shè)計(jì)；（4） 結(jié)構(gòu)化編碼。1.4 C語(yǔ)言 1.4.1 C語(yǔ)言的特點(diǎn) 1.4.2 C程序的基本結(jié)構(gòu) 1.4.3 C程序的執(zhí)行過程 1.4 C語(yǔ)言C語(yǔ)

12、言是國(guó)際上廣泛流行的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。C語(yǔ)言的發(fā)展：BCPL語(yǔ)言B語(yǔ)言C語(yǔ)言精練、接近硬件，但過于簡(jiǎn)單, 無數(shù)據(jù)類型具有多種數(shù)據(jù)類型最初的C語(yǔ)言只是為描述和實(shí)現(xiàn)UNIX操作系統(tǒng)提供一種工作語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的。1983年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)成立了一個(gè)委員會(huì)，根據(jù)C語(yǔ)言問世以來各種版本對(duì)C語(yǔ)言的發(fā)展和擴(kuò)充，制定了第一個(gè)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)草案(83 ANSI C)。1989年，ANSI公布了一個(gè)完整的C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)ANSI X3.159-1989(常稱ANSI C，或C89)。1990年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Standard Organization) 接受C89作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS

13、O/IEC 9899:1990，它和ANSI的C89基本上是相同的。1995年，ISO對(duì)C90作了一些修訂，1999年，ISO又對(duì)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，在基本保留原來的C語(yǔ)言特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)應(yīng)用的需要，增加了一些功能，尤其是C+中的一些功能，命名為ISO/IEC 9899:1999。2001、2004年先后進(jìn)行了兩次技術(shù)修正（TC1和TC2）。 ISO/IEC 9899:1999(及其技術(shù)修正)被稱為 C99。C99是C89(及1995基準(zhǔn)增補(bǔ)1)的擴(kuò)充。C11是最新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)更好的支持漢字函數(shù)名和漢字標(biāo)識(shí)符，一定程度上實(shí)現(xiàn)了漢字編程。C語(yǔ)言是一種用途廣泛、功能強(qiáng)大、使用靈活的過程性(pro

14、cedural)編程語(yǔ)言，既可用于編寫應(yīng)用軟件，又能用于編寫系統(tǒng)軟件。因此C語(yǔ)言問世以后得到迅速推廣。（1） 程序設(shè)計(jì)模塊化。（2） 函數(shù)方式操作。（3） 數(shù)據(jù)類型多樣化。（4） 運(yùn)算功能強(qiáng)。（5） 存儲(chǔ)類型豐富。（6） 具有預(yù)處理能力。（7） 程序簡(jiǎn)潔。1.4.1 C語(yǔ)言的特點(diǎn)#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 函數(shù)的名字，表示主函數(shù)C程序必須有一個(gè) main 函數(shù)1.4.2 C程序的基本結(jié)構(gòu)#include int main( ) printf (”This is a C program.n”);

15、 return 0; 主函數(shù)類型#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 函數(shù)體#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 輸出函數(shù)輸出語(yǔ)句#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 輸出語(yǔ)句#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 換行符#inclu

16、de int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 當(dāng)main函數(shù)執(zhí)行結(jié)束前,將整數(shù)0作為函數(shù)值#include int main( ) printf (”This is a C program.n”); return 0; 表示語(yǔ)句結(jié)束用到函數(shù)庫(kù)中的輸入輸出函數(shù)時(shí)C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.函數(shù)是C程序的基本單位一個(gè)C程序是由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)組成的必須包含一個(gè)main函數(shù)（只能有一個(gè)）每個(gè)函數(shù)都用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)特定功能被調(diào)用的函數(shù)可以是庫(kù)函數(shù)，也可以是自己編制設(shè)計(jì)的函數(shù)C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2. 函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成

17、：函數(shù)首部int max ( int x， int y )函數(shù)的第1行函數(shù)類型函數(shù)名參數(shù)類型參數(shù)名C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2. 函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成：函數(shù)首部int max ( int x， int y )若函數(shù)無參，在括弧中寫void或空括弧int main( void) 或 int main()C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2. 函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成：函數(shù)體聲明部分定義在本函數(shù)中所用到的變量對(duì)本函數(shù)所調(diào)用函數(shù)進(jìn)行聲明執(zhí)行部分：由若干個(gè)語(yǔ)句組成，指定在函數(shù)中所進(jìn)行的操作可以沒有聲明部分C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2. 函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成：函數(shù)體void dump ( )

18、 可以是空函數(shù)C語(yǔ)言程序的書寫格式與規(guī)則 （1）C程序中，每條語(yǔ)句和聲明的最后，以分號(hào)為結(jié)束標(biāo)志。（2）任何變量必須先定義類型，然后才能使用。（3）C語(yǔ)言程序一般都使用小寫英文字母，x與X代表不同含義。（4）C語(yǔ)言程序的書寫格式比較自由，允許一行、或多行書寫。（5）C程序中，有兩種形式的注釋。C語(yǔ)言允許用兩種注釋方式：/：?jiǎn)涡凶⑨尶蓡为?dú)占一行可出現(xiàn)在一行中其他內(nèi)容的右側(cè)/*/：塊式注釋可包含多行1.4.3 C程序的執(zhí)行過程1. 上機(jī)輸入和編輯源程序（.c文件）2. 對(duì)源程序進(jìn)行編譯（.obj文件）3. 進(jìn)行連接處理（.exe文件）4. 運(yùn)行可執(zhí)行程序，得到運(yùn)行結(jié)果編輯程序編譯程序連接程序庫(kù)函數(shù)源程序文件名.c目標(biāo)程序文件名.o